船闸单侧闸墙主廊道输水系统岔管水动力特性研究*

船闸单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、开挖量小、工程投资省等优点,在河谷狭窄、边坡陡峭等地形受限地区具有明显的技术优势,但工程应用难点之一在于如何保证廊道内断面流速的均匀性,避免出现严重的偏流、脱流现象。依托嘉陵江草街二线船闸工程,采用通用CFD软件FLUENT,对船闸单侧闸墙主廊道双阀门输水系统布置中的岔管水动力特性进行较为详细的研究,探讨岔管分岔角、墩头曲线形式以及外壁曲线形式对岔管水力特性的影响,提出外壁采用正弦曲线,内壁采用圆弧-直线-圆弧形曲线的单侧输水廊道阀门段岔管布置体形,可为类似工程设计提供参考。     

水力式升船机阀后流道体型水力特性试验研究

依托一种全新的升船机形式——水力式升船机工程,探讨其输水系统阀门的选型及活塞式流量调节阀的特点。通过比尺为1∶10.667的常压及减压物理模型试验,研究三岔管和突扩体两种阀后流道体型下的输水系统流量系数、阀后流道边壁脉动压强、阀门临界空化数以及阀后空化形态,讨论了突扩体型的水力优越性。可为水力式升船机输水系统阀门段的水力设计与研究提供借鉴和参考。     

基于云模型的水力式升船机输水系统运行风险分析

水力式升船机以水力代替电力的新型驱动方式,在高坝通航领域具有里程碑意义。为保障水力式升船机安全运行,针对其驱动核心输水系统运行安全进行风险分析。构建水力式升船机输水系统运行风险评估方法的理论体系,剖析输水系统运行原理,阐明输水系统竖井水位差风险特征;基于云模型理论,建立输水系统竖井水位差风险预警指标;依托景洪水力式升船机,预测100米级水力式升船机输水系统竖井水位差风险指标阈值。结果表明,本方法可有效控制由竖井水位差引起的水力式升船机运行风险,将其应用于水力式升船机领域风险预警,能够为水力式升船机的运行风险防控提供决策。     

景洪水力式升船机水力驱动系统设计

水力驱动系统是水力式升船机的核心,其设计的优劣直接影响升船机的提升效率与运行安全。依托景洪水力式升船机工程,通过水力驱动系统充泄水过程非恒定流数值仿真分析,提出水力驱动系统合理的布置与结构设计、阀门变速开启方式;通过物理模型试验对输水管路进行水力优化,提出增加顺直段长度和连通廊道以提高竖井水位的同步性;在此基础上,综合考虑多方面因素,给出景洪升船机水力驱动系统的进出水口、输水管路、竖井等详细设计,可为该类型升船机的水力驱动系统设计提供借鉴。     

水力式升船机长廊道输水系统出流特性对相关因子的响应规律及敏感性分析

提高水力式升船机输水系统各支孔出流的同步性有利于减小船厢倾斜量,是水力式升船机安全运行的基础。通过理论推导,确定水力式升船机长廊道输水系统支孔流量差异的主要影响因子;利用二维数学模型模拟水力式升船机运行过程中输水系统出流过程,定义最不利时刻各支孔流量标准差为特征指标衡量支孔流量不均匀度,获得支孔出流特性对相关因素的响应规律,并对各影响因素进行敏感性分析。     

水力式升船机的特点及关键技术

介绍水力式升船机的特点,对水力式升船机的关键设计技术进行论述。水力式升船机具有安全可靠、适应下游水位变幅大的特点。重点对水力式升船机的输水系统、机械系统、船厢出入水等关键技术进行探讨。认为输水系统重点要解决竖井水位同步和水流控制的问题,机械系统重点要解决无间隙传动和适应基础变形的问题,船厢出入水重点要解决出入过程中不平衡荷载的影响。     

景洪水力式升船机事故工况及应对措施

水力式升船机包括水力输水系统、机械系统、上(下)闸首设备及电气系统等。分析升船机各系统可能出现的故障,以及这些故障对升船机运行可能造成的影响,结合升船机运行流程,对几种典型事故工况进行分析,提出水力式升船机运行事故工况分类及应对措施。研究成果可对类似升船机的设计提供参考。     

制动器在水力式升船机中的应用

依托景洪升船机工程,探讨水力式升船机制动器的应用。通过对比分析电力驱动和水力驱动式升船机制动器的布置特点及工作方式,阐述制动器在水力式升船机中面临的新的技术问题,据此对水力式升船机制动器的制动力、同步性以及制动方式提出设计指标和要求,并探讨制动器的使用范围。建议水力式升船机制动器采用常开式,升船机正常运行时,制动器在船厢上、下游对接时投入使用。     

景洪水力式升船机异形突扩体设计

景洪水电站通航建筑物采用的水力式升船机具有我国完全自主知识产权。突扩体作为水力式升船机输水系统的重要部分,具有改善流道内部水流的流态、提高输水效率的作用。突扩体为一大容积空腔体形,属于异形结构,工况复杂,为此,内外均设梁系以承担水压。采用有限元法对突扩体进行工作状态和水压试验状态的力学分析,结果表明突扩体结构强度满足要求。     

2×1000 吨级水力式升船机布置及运行特性仿真分析*

水力式升船机是我国发明的一种新型升船机,尤其适合大吨级、大水位变幅的升船机建设,具有广阔的应用前景。依托岩滩扩能工程,提出2×1 000吨级水力式升船机的总体布置形式,创新了水力驱动系统,在保证塔柱结构稳定性的前提下,改善竖井水流条件,保障平衡重同步、稳定升降,并利用一维数学模型计算分析船厢运行特性。计算结果表明,千吨级水力式升船机的设计合理、可行,可为类似工程提供参考。     

进水口形式对闸墙长廊道船闸输水系统影响的数值模拟

船闸进水口水流条件关系到输水系统的输水效率、船舶停泊安全,因此进水口的形式布置是船闸水力设计和模型试验的重要内容之一。针对两种常见的进水口布置形式,结合某船闸输水系统的具体条件,采用数值模拟的方法,从输水水力特性、水流流态方面对比分析了这两种进水口布置形式对于输水系统的影响,研究结果表明：对于闸墙长廊道船闸输水系统,相对于进水口外侧导墙拉直,进水口外侧导墙斜拉的工程措施在控制惯性超高和闸室水面最大上升速度、增强进水支孔流量过程稳定性、改善进水口水流流态方面更具优势。研究成果可为船闸输水系统进水口布置提供技术参考。     

某枢纽船闸输水廊道方案布置与结构分析

输水系统设计是船闸工程设计的关键工作,其设计的合理性决定了船闸的灌泄水效果和使用的耐久性。输水廊道尺度直接影响输水时间、泊稳条件。为确定合理的廊道尺寸及结构断面,以某枢纽船闸项目为例,从水工结构和经济性角度出发,应用有限元方法计算2种不同输水廊道尺寸对应结构断面的结构内力,并从工程造价方面进行对比分析,得出较优廊道尺寸的闸室结构断面。     

景洪水力式升船机承船厢充放水运行流程设计

水力式升船机是高坝通航建筑物,其电气控制系统的正确和快速反应极为重要。以景洪水力式升船机的驱动系统和承船厢系统为例,采用充、泄水阀门和承船厢的上、下游卧倒门的自动化控制流程,通过升降承船厢实现厢内自动快速充放水,此方法已在景洪升船机取得成功应用。     

水力式升船机下游对接方式探讨

水力式升船机因其下游对接过程中存在多重流固耦合,如船厢与船厢池、船厢内水体与船厢、竖井水体与平衡重等,对接过程升船机受力较传统钢丝卷扬下水式升船机更为复杂。为保证水力式升船机下游安全高效对接运行,对水力式升船机制动器工作状态和下游对接位选取进行深入研究。依托景洪水力式升船机原型观测下游对接过程试验,探讨下游制动器工作方式、船厢对接位对升船机运行的影响,推导有对接水位差制动器不上闸时开启船厢门船厢位移公式,得出制动器工作方式与船厢对接位选取的适用条件。     

景洪水力式升船机流量控制阀门比选

水力式升船机通过控制水流实现对升船机运行特性的控制,流量控制阀是水力式升船机的重要控制设备。结合景洪水力式升船机的水力学特性,比较了蝶阀、球阀及活塞阀的抗气蚀性能及过流能力,通过比较选择活塞阀作为流量控制阀。根据水力式升船机上下游对接精度要求高、空中运行要求快的特点,对流量控制阀的多种组合方案进行比选,创新提出了主辅阀门控制方案,辅阀小流量主要负责上下游对接,主阀大流量主要负责升船机空中运行,最终确定1台E型活塞阀为主阀、2台SZ型活塞阀为辅阀的阀门组合设计方案。景洪水力式升船机已正式投入试运行,流量控制阀设计方案经受了工程实际检验,研究成果可供类似工程参考。     

大型LNG船玻璃钢压载水管道应力校核方法

玻璃钢管作为大型液化天然气(LNG)船压载水管道,在其应用过程中易出现部分管道破裂以及管道支架损坏的问题,针对该问题,以某大型LNG船为例,采用管道应力分析软件CAESARII建立压载水系统玻璃钢管道有限元模型。根据实际建造营运方式,考虑船舶运动加速度、船体变形、温度和压力等载荷,确定能覆盖所有建造运营条件的载荷工况。采用ISO 14692标准作为大型LNG船玻璃钢压载水管应力校核设计的标准,分析压载水管道的应力水平以及作用在管道支架上的负荷,对应力超标处的管道进行优化布置,对承受大负荷的管道支架进行结构加强设计。实船应用结果表明,该方法的应用效果良好,可推广到其他类型船舶的玻璃钢压载水管道系统的设计中。